Les Télécommunications par satellites.pptx

1. Les Télécommunications par satellites Présenté par : Dr. -Ing. KENFACK Gutenbert

2. Evolution des systèmes mobiles

3.  C’est quoi un satellite? -> Un satellite est un objet qui orbite autour d'un autre objet  Différents types de satellite : -satellites scientifiques -satellites météorologiques -satellites de télécommunication -satellites de navigation -satellites militaires 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

4. Station Spatiale Internationale (ISS) : Station spatiale à caractère scientifique placée en orbite basse (environ 370 km) Occupée en permanence par des équipages internationaux depuis sa construction démarrée en 1998 et achevée en 2011 (fin de mission en 2020). Sa construction : NASA (USA), FKA (Russie), les agences spatiale européenne (ESA) et japonaise (JAXA). le plus grand objet artificiel en orbite (420 tonnes, 110*74*30 m) La station spatiale se déplace en orbite à une vitesse de 27700Km/h (7.7Km/s) => 15 tour autour de la terre en 24h 1 INTRODUCTION AU SATELLITE 1.1.1 Développement des Radiocommunications Mobiles 1. 1. Développement des Radiocommunications Mobiles et Évolution des communications par satellite

5. Le télescope Spatial Hubble: Lancé en 1990 Orbite : Elliptique basse Altitude : 590km Période 97min 1 INTRODUCTION AU SATELLITE 1.1.1 Développement des Radiocommunications Mobiles

6. Objectif des télécommunications par satellite L’utilisation des satellites sont l’aboutissement d’une recherche pour réaliser plusieurs objectifs : Des portés plus grandes Couverture de grande zone géographique Broadcasting Déploiement rapide des services Offrir les services telecom dans des zones isolés Offrir une grande capacité de trafic Cout de communication indépendant de la distance … 1 INTRODUCTION AU SATELLITE 1.1.1 Développement des Radiocommunications Mobiles

7. Exemple : Nortis INWI : réseau de backhauling GSM par satellite. Le réseau démarre avec 22 sites BTS. Meditel : pour la maintenance de leur ancienne et unique liaison de transmission internationale à 34 Mb/s (VSAT), entre Casablanca et Madrid ONA : liaisons internationales d’interconnexion de leur mines en Afrique au réseau téléphonique mondiale et Backbone Internet. B2B : Medi1, Georges Washington Academy, L’Economiste, Hit Radio et Cap Radio… Grand public : Internet par satellite à très haut débit en bande KA, pour les particuliers et les entreprises. Internet à partir de 8 Mbps et à partir de 390dh/mois. Objectif des télécommunications par satellite 1 INTRODUCTION AU SATELLITE 1.1.1 Développement des Radiocommunications Mobiles

8. Croissance 30x en 5 ans! 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 Trafic mobile mondial de données Poctets/Mois 7,000 Dongle/tablettes Smartphones portables Smart phones et tablettes 2.5 milliard de connections en 2015 Images 70% du trafic mobile en 2015 0 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Source: Bell Labs modeling and forecasts Objectif des élécommunications par satellite 1 INTRODUCTION AU SATELLITE 1.1.1 Développement des Radiocommunications Mobiles

9. L’évolution: rendre la radio invisible … (et plus verte) Sur une façade Sur un pylône Sur un lampadaire Dans un arrêt de bus Objectif des télécommunications par satellite 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

10.  Le Satellite est un répéteur à micro-ondes dans l'espace.  Il y a environ 750 satellites dans l'espace, la plupart d'entre eux sont utilisés pour les communications.  Quelques avantages: large couverture de la surface de la terre.  retard de transmission d'environ 0,3 sec. coût de transmission indépendante de la distance Vue d’ensemble 1 INTRODUCTION AU SATELLITE 1.1.1 Développement des Radiocommunications Mobiles

11. : orbite  LEO: Low Earth Orbit.  MEO: orbite terrestre moyenne  GEO: Géostationnaire orbite terrestre Vue d’ensemble 1 INTRODUCTION AU SATELLITE 1.1.1 Développement des Radiocommunications Mobiles

12. : orbite Vue d’ensemble 1 INTRODUCTION AU SATELLITE 1.1.1 Développement des Radiocommunications Mobiles

13.  A l'orbite géostationnaire le satellite couvre 42,2% de la surface de la terre.  Théoriquement 3 satellites geostaionary fournissent 100% de couverture de la terre Vue d’ensemble 1 INTRODUCTION AU SATELLITE 1.1.1 Développement des Radiocommunications Mobiles

14. La Terre attire vers son centre tous les corps : c’est la force de gravitation Plus on lance vite, plus la pomme va loin ! Si on lance une pomme, elle retombe car elle est attirée vers le bas Kubik-Lebegue-Tello - 2010 Pourquoi un satellite tourne-t-il autour de la Terre ? Vue d’ensemble 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

15. Pourquoi les satellites ne tombent- ils pas ? ■Gravitation : Lorsqu’on saute en l’air, on est ramené au sol par une force qui nous attire comme un aimant vers le centre de la terre. C’est la gravité. Le satellite subit la même loi pour empêcher qu'il ne retombe il faut donc … ■Vitesse : … lui donner une vitesse suffisante pour s’opposer à l’attraction terrestre. Il est alors en orbite Vue d’ensemble 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

16. Imaginons que le satellite soit une grosse pomme : on doit le lancer très vite pour qu’il ne retombe pas ! La fusée permet de lancer le satellite à grande vitesse, à la bonne altitude 16 Kubik-Lebegue-Tello - 2010 Vue d’ensemble 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

17. Vitesse trop petite Vitesse trop grande Bonne vitesse Kubik-Lebegue-Tello - 2010 Parce que la fusée lui donne la bonne vitesse ! orbite : courbe décrite par un satellite autour de sa planète Vue d’ensemble 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

18. 1.1.2 L’Evolution des Systèmes des Télécommunications Mobiles 1 INTRODUCTION AU SATELLITE 1. 1. Développement des Radiocommunications Mobiles et Évolution des communications par satellite

19. • Technologie relativement « ancienne » • Technologie en pleine mutation • Enjeu économique • Enjeu social 1.1.2 L’Evolution des Systèmes des Télécommunications Mobiles 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

20. - La libéralisation du secteur de télécommunications - Le progrès technologique - L’amélioration globale du niveau de vie du consommateur - L’activité économique en faveur du secteur tertiaire - L’intérêt pour les pays développés - L’intérêt pour les pays en voie de développement 1.1.2 L’Evolution des Systèmes des Télécommunications Mobiles 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

21. - Les systèmes de radiocommunications professionnelles (PMR, TETRA, Iden….) - Les systèmes mobiles sans cordon (CT0, CT1, DECT, PABX sans fil…) - Les systèmes de radiomessagerie unilatérale - Les systèmes cellulaires de première génération - Les systèmes cellulaires de deuxième génération - Les systèmes de transmission par satellite de la voix, des données, de la localisation, et de la transmission de données - Les systèmes réservés à la transmission de données (à couverture locale et à couverture étendue) ( analogique ) ( numérique ) ( transmission par satellite ) 1.1.2 L’Evolution des Systèmes des Télécommunications Mobiles 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

22. Cette augmentation est observée sur quatre niveaux : - Au niveau spatial (couverture locale, régionale, nationale et globale) - Au niveau de la densité des abonnés - Au niveau du volume de trafic par abonnés - Au niveau des services offerts L’augmentation de la mobilité dans les réseaux 1.1.2 L’Evolution des Systèmes des Télécommunications Mobiles 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

23. GSM Vers la quatrième génération GPRS EDGE LTE UMTS 1.1.2 L’Evolution des Systèmes des Télécommunications Mobiles 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

24. • Le potentiel de couplage technologique de tous les équipementiers • Le soutien du secteur de la recherche et développement • Le besoin des utilisateurs en matière de diversification de services • Préfiguration des systèmes mobiles de la 4ème génération : le DAWS (Digital Advanced Wireless Service) qui offre des débits atteignant plus de 100 Mbits/s Définition des systèmes de télécommunications mobiles de la 4ème génération 1.1.2 L’Evolution des Systèmes des Télécommunications Mobiles 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

25. Exemples de réseaux analogiques C 450 MNT450 NMT900 T ACS E-T ACS AMPS Pays Allemagne S c andinav i S c andinav i UK UK US A Organisme de standardisation DBP T elekom- - CRAG CRAG FCC Année d'introduc tion 1985 1981 1986 1984 - 1983 UpLink (M Hz) 450.3-454.74 453-457.5 890-915 935-915 872-905 824-849 Dow nLink (M Hz) 461.3-465.74 463-467.5 935-960 935-960 917-950 869-894 Channel spac ing (KHz) 20 25 25 25 25 30 Duplex range (M Hz) 11 10 45 45 45 45 M éthode d'ac c ès FDM A FDM A FDM A FDM A FDM A FDM A M odulation FS K FFS K FFS K PS K PS K PS K Débits données 2.4 - - - - 2.4 1.1.2 L’Evolution des Systèmes des Télécommunications Mobiles 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

26. Exemples de technologique numérique GSM DCS1800 D-AMPS CDMA PDC Pays Europe Europe US A US A, Korea Japon Organisme de standardisation ET S I ET S I T IA 54 T IA 95 M PT Année d'introduc tion 1992 1993 1991 1995 - UpLink (M Hz) 890-915 1710-1785 824-849 824-849 810-826 Dow nLink (M Hz) 935-960 1805-1855 869-849 869-894 940-956 Channel spac ing (kHz) 200 200 10 1230 25 Duplex Range (M Hz) 45 95 45 45 130 M éthode d'ac c ès FT DM A FT DM A FT DM A CDM A FT DM A M odulation GM S K GM S K PI/ 4 PQJPS K QPS K/ DQPS KPI/ 4 PQJPS K Débits données 9.6 9.6 8 ? 9.6-14.4 1.1.2 L’Evolution des Systèmes des Télécommunications Mobiles 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

27. • Pour la transmission de la voix – Thuraya, Iridium, Globalstar, Inmarsat… • Pour la transmission de données – Inmarsat, • Pour la localisation – Le système GPS • Pour la transmission des messages courts – Orbcomm Exemples de système de transmission par satellite 1.1.2 L’Evolution des Systèmes des Télécommunications Mobiles 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

28. LE SPECTRE A TRAVERS LE TEMPS Spectre Radio VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF ... Temps VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF ... VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF ... VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF ... VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF ... Temps Coût d’accès au Spectre Radio Logique Administrative Logique Technique Logique Business La gestion du spectre à travers le temps Temps 1.1.2 L’Evolution des Systèmes des Télécommunications Mobiles 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

29. LE SPECTRE A TRAVERS LE TEMPS Spectre non utilisé: gaspillé Logique Administrative Logique Technique Logique Business La gestion du spectre à travers le temps Temps Assurer les services de base Qui? Où? Quoi? Spectre: Ressource rare Accommoder plus de services dans moins de spectre Qui? Où? Quoi? Quand? Comment? Spectre: Ressource de valeur inestimable Accommoder de nouveaux services avec un minimum d’interférence et pour la juste valeur (coût) Qui? Où? Quoi? Quand? Comment? Combien? Paramètres administratifs Paramètres techniques Paramètres économiques 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

30. L’espace est un enjeu de puissance et de prestige ! # En 60 ans : Plus de 6000 satellites et sondes et vaisseaux habités lancés 12 pays ont lancé leurs propres satellites : Russie, USA, France, Japon, Chine, Grande Bretagne, Europe, Inde, Israël, Iran, Corée du Nord (déc 2012), Corée du Sud (janv. 2013) 3 pays ont lancé leurs propres spationautes : Russie, USA, Chine Applications : -civiles -militaires -scientifiques 1.1.2 L’Evolution des Systèmes des Télécommunications Mobiles 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

31. Quelques éléments historiques 4 octobre 1957 1er satellite artificiel Sputnik I Décembre 1958 1ère utilisation du satellite comme relais : vœux du Président Eisenhower diffusés par SCORE (Signal Communications Orbit Relay Equipment) Sputnik I # 1.1.2 L’Evolution des Systèmes des Télécommunications Mobiles 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

32. Quelques éléments historiques 1961 Création du CNES 1962 1ers satellites de communication Telstar avec panneaux solaires et batteries ! Transmission TV en direct entre la France (Pleumeur-Bodou) et les USA Telstar 1963 1er satellite géostationnaire Syncom (Synchronous Communication Satellite) # Antenne cornet de Pleumeur- Bodou 1.1.2 L’Evolution des Systèmes des Télécommunications Mobiles 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

33. 1992 Intelsat VII : 3900 W – 3600 kg en orbite GEO 1995 Constellation GPS opérationnelle 1998 Iridium, 1ère constellation de téléphonie en orbite basse 2010 Ka-Sat, satellite d’Eutelsat pour le haut-débit en orbite GEO : 11 kW, 5800 kg au lancement 80 faisceaux, 70 Gbit/s soit 1 million de connexions de type ADSL # Quelques éléments historiques 1.1.2 L’Evolution des Systèmes des Télécommunications Mobiles 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

34. 2015 1ers satellites géostationnaires tout électriques (Eutelsat 115 West B & ABS-3A) fabriqués par Boeing. Mise à poste : 8 mois. juin 2017 1er satellite géostationnaire tout électrique Airbus DS: 3500 kg, 12 kW Eutelsat 172 B. Mise à poste : 4 mois. # Quelques éléments historiques 1.1.2 L’Evolution des Systèmes des Télécommunications Mobiles 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

35. 1.1.2 L’Evolution des Systèmes des Télécommunications Mobiles 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

36. 1.2. Les services par satellite  Les services offerts par télécommunications par satellites sont dans une période de changement.  nouvelles possibilités: Services personnel, multicast et mobiles  Menace sur le service traditionnel par satellite fixe: A cause de la FO qui offre de meilleurs débits 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

37. 1.2.1. Télécoms par satellites : avantages et inconvénients Avantages -Relais hertzien élevé diffusion sur des zones étendues -Relais hertzien adapté aux télécoms mobiles -Installation rapide des stations sol -Installation indépendante des infrastructures terrestres -Flexibilité -Permet la surveillance de tous les points du globe -Discret -Peu vulnérable # 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

38. 1.2.1. Télécoms par satellites : avantages et inconvénients Inconvénients -Trajectoire prédictible / changement d’orbite possible mais coûteux -Temps de propagation élevé : 1/8 s pour un satellite géostationnaire -Forte atténuation du signal - Si le HUB tombe en panne tout le réseau est paralysée - Le coût Caractéristique de la liaison -sans obstacles (montagnes, forêts, bâtiments) entre le terminal et le satellite -parfois la pluie interrompt la liaison # 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

39. 1.3. Les services entre points Fixes (FSS)  Les communications téléphoniques point à point  La transmission directe de la télévision  Le VSAT (Very Small Aperture Terminal) pour la voix et les données  Les multiconférences point à point et point à multipoint. 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

40. 1.3. Les services entre points Fixes (FSS) 1.3.1. Les services  Communications large bande pour connecter les réseaux locaux, connecter les ATM  Satellite OBP (On board Processing) avec des capacités de routage et de contrôle, commutateurs ATM 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

41. 1.3.1. Les services  Exemple: le service DTH TV (Direct To Home), le service Internet Direct 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

42. 1.3. Les services entre points Fixes (FSS) 1.3.2. Les services de télévision et vidéo La télévision par satellite consiste à émettre depuis un satellite en orbite géostationnaire (à 35 850 km, qui se déplace à la même vitesse que la rotation de la Terre, donc qui paraît « immobile » depuis le sol) des programmes de radio et de télévision, analogiques et numériques, payants cryptés ou gratuits. 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

43. 1.3.2. Les services de télévision et vidéo 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

44. 1.3.2. Les services de télévision et vidéo Il ya plusieurs types types de service:  Le service Point à point d’un évènement télévisé au studio central et transmission entre deux studio  Diffusion point-multipoint de programmes TV  tra,nsmission directe point à multipoint de la TV ( DTH). La transmission vidéo par satellite est la première application des satellites de télécommunications. 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

45. 1.3. Les services entre points Fixes (FSS) 1.3.2. Les services de télévision et vidéo La transmission vidéo par satellite est la première application des satellites de télécommunications. Elle est estimée à 60% de la capacité du secteur spatial.  La transmission peut être faite en utilisant les normes vidéo analogiques (PAL, SECAM, NTSC) ou les normes vidéo numérique. 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

46. 1.3.2. Les services de télévision et vidéo 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

47. 1.3. Les services entre points Fixes (FSS) 1.3.3. Transmission de la voix Très utile là où il n’ya pas d’infrastructure de réseau terrestre On peut distinguer:  les systèmes de téléphonie fixe par satellite (les appels internationaux par exemple). Il est de plus en plus remplacé par le câble sous marin. 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

48. 1.3. Les services entre points Fixes (FSS) 1.3.3. Transmission de la voix les systèmes de téléphonie mobile par satellite: deux familles existent:  Les systèmes de téléphonie mobile par satellite géostationnaire  les systèmes de téléphonie mobile par satellites MEO et LEO 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

49. 1.3. Les services entre points Fixes (FSS) 1.3.3. Transmission de la voix  Les systèmes de téléphonie mobile par satellite géostationnaire : Inmarsat: il a été le premier système de communications mobiles par satellites d'abord pour la desserte en mer puis en avion et en terrestre. 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

50. 1.3. Les services entre points Fixes (FSS) 1.3.3. Transmission de la voix  Les systèmes de téléphonie mobile par satellite géostationnaire : Thuraya: il offre un service de téléphonie mobile sur l'Asie centrale, le Moyen Orient, l'Afrique centrale et l'Europe. Ce système a la paricularité d'offrir de la téléphonie mobile au moyen d'un satellite Géostationnaire 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

51. 1.3. Les services entre points Fixes (FSS) 1.3.3. Transmission de la voix  les systèmes de téléphonie mobile par satellites LEO  Iridium : il n'a pas connu le succès commercial escompté et le service a été arrêté peu de temps après la mise en service.  Globalstar: il connaît aussi quelques difficultés commerciales. Ces deux systèmes sont à couverture mondiale ou quasi mondiale. 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

52. 1.3. Les services entre points Fixes (FSS) 1.3.4. Transmission de données La transmission de données constitue la troisième grande application des satellites de télécommunication.  Les réseaux d'entreprise VSAT apparus depuis 1980  La radiomessagerie: La radiomessagerie par satellites est un service offert sur plusieurs satellites GEO comme Inmarsat-C et D, OmniTracs ou encore EutelTracs. Elle existe aussi sur des constellations en orbite basse telle OrbComm. 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

53. 1.3. Les services entre points Fixes (FSS 1.3.4. Transmission de données  L'Internet par satellite: C’est un sujet très important actuellement et le satellite fait partie des solutions d'accès local au même titre que le LMDS, l'ADSL, les solutions câblés ou d'autres technologies 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

54. 1.4. Services mobiles par satellite (SMS)  Ces services sont très importants surtout en cas de cas d’une catastrophe quelconque 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

55. # 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) La communication est un sujet à caractère très général. Elle est constituée par une multiplicité de comportements, de processus et de technologies grâce auxquels une signification est transmise ou extraite à partir d'une information. . 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

56. # 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) On utilise ce terme pour spécifier des activités variées, par exemple: la conversation entre deux personnes; l'échange de données entre des ordinateurs; le comportement amoureux des oiseaux; l'impact émotionnel d'une oeuvre d'art; le cheminement d'une rumeur dans une société; le fonctionnement du réseau de sous-systèmes nerveux et métaboliques qui constituent le système immunitaire de l'organisme. 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

57. 1.4.1. Satellite transparent • En général, le satellite agit (presque) comme un miroir (on dit que c’est un transpondeur, ou répéteur transparent) • En fait, dans ce cas, le satellite: ■ amplifie le signal ■ le transpose dans une autre gamme de fréquences ®car sinon, le signal fort émis sur downlink brouillerait le signal faible reçu sur uplink 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

58. 1.4.2.Satellite régénératif • Les satellites de nouvelle génération sont régénératifs (ou OBP= On Board Processing); le satellite NG: ■ démodule le signal uplink (permet de faire de la correction d’erreurs) ■ remodule le signal downlink ■ amplifie le signal ■ le transpose dans une autre gamme de fréquences 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

59. La Fig.2.1. Les différentes parties du système de télécommunications de base. # 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

60. La source du signal à transmettre peut être la voix humaine, la cellule photoélectrique d'un télécopieur, le clavier d'un ordinateur, un détecteur dans une mesure physique (anémomètre ou mesureur de température), etc. Le convertisseur transforme le signal physique généré en un signal électrique, car les systèmes de télécommunication transmettent exclusivement des signaux électro- magnétiques. Le système électronique intermédiaire modifie le signal électrique fourni par les étages précédents, pour l'adapter à la transmission dans le milieu extérieur, qui peut être une # 1.4. Services mobiles par satellite (SMS)

61. La longueur du canal de transmission peut être égale à la longueur de la paire de conducteurs ou de la fibre optique, ou à la distance entre deux antennes (une antenne d'émission à une extrémité et une antenne de réception à l'autre extrémité). le système électronique intermédiaire convertit le signal reçu en un signal électrique adéquat qui pourra être utilisé par le dispositif suivant. Ce dispositif transforme le signal électrique fourni par les étages précédents en un signal physique: pression sonore, # 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

62. Elément ou dispositif qui reçoit l'information émise: être humain, papier sur lequel s'imprime le message, mémoire d'ordinateur ou écran vidéo. D'autres signaux générés par les dispositifs électroniques ou par le milieu de transmission sont contenus dans l'information qu'il s'agit de transmettre. On leur donne le nom générique de bruit. Le bruit représente par conséquent toute l'information non désirée qui est mélangée à l'information utile, et qui perturbe la # 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

63. # Les étages ou dispositifs décrits plus haut ont été étudiés de façon approfondie par les ingénieurs et les savants, le but étant d'obtenir la transmission optimale: transport de l'information d'origine depuis la source jusqu'à la destination visée, avec le moins possible de distorsion et au moindre coût. La distorsion en question peut être causée par des modifications produites dans le signal, ou du fait de la présence de bruit. Si l'information est transmise par des ondes électromagnétiques, comme c'est le cas pour des signaux transmis entre deux antennes, on a affaire à une radiocommunication. 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

64. # Le milieu physique présent entre des antennes influe sur le mode de transmission de l'information entre ces antennes. Par exemple, si les deux antennes sont placées sur la surface terrestre, les caractéristiques physiques du sol et de l'atmosphère, y compris les phénomènes météorologiques, exercent des effets perceptibles sur la propagation des ondes électromagnétiques. Par ailleurs, le Soleil est une étoile brillante, il rayonne par conséquent des ondes électromagnétiques. C'est donc une source de particules ionisées qui se propagent jusqu'à la Terre et donnent naissance à un milieu ionisé formé de 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

65. # Ce milieu influe également sur la propagation des ondes électromagnétiques. Tous ces phénomènes sont étudiés de façon approfondie. Nécessité de la visibilité directe Pour augmenter la longueur du trajet, on peut surélever les antennes, mais seulement dans la mesure où le coût ne devient pas prohibitif. Solution s satellitaire 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

66. Les satellites étant placés à grande altitude au-dessus de la surface terrestre, ils ont une vaste zone de couverture, pour le plus grand bien des régions rurales et des pays très étendus. Le Tableau 2.1 donne les valeurs de la distance couverte entre deux points de la surface terrestre en fonction de l'altitude d'une antenne de satellite. (La Fig. 2.2 montre les paramètres qui ont servi à établir le Tableau 2.1) # 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

67. # 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

68. TABLEAU 2 . 1 Relation entre l'altitude d'une antenne et la distance couverte entre deux points de la surface terrestre Altitude de h(km) Angle (degrés) Distance d(km) 10 (1) 3,313 368,4 30 (2) 5,549 617,1 150 (3) 12,312 136,2 780 (4) 27,008 3 003,6 2 000 (4) 40,438 4 497,1 10 000 (5) 67,095 7 461,7 35 600 (6) 81,268 9 037,8 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

69. L’horizon est une ligne circulaire où la terre et le ciel semblent se rejoindre et qui limite le champ visuel d'une personne en un lieu ne présentant pas d'obstacle à la vue (1)Altitude d'un vol international. (2)Altitude d'un ballon stratosphérique. (3)Altitude d'un satellite du service d'amateur ou d'un satellite du service de recherche spatiale. (4)Altitude de systèmes à satellites commerciaux types (systèmes à satellites LEO). (5)Altitude de systèmes à satellites commerciaux types (systèmes à satellites MEO). (6)Altitude d'un système à satellites OSG. 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

70. # Pour chaque valeur de l'altitude d'un objet évoluant sur une orbite terrestre, on a une valeur de la période de rotation qui a pour expression (voir la Fig.2. 3): T 165,87 10–6 a3/2 où: T : période orbitale (min) a : demi-grand axe de l'ellipse (km). 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

71. RT PC Fig.2 :4 : Liaisons de connexion/de service associées: liaison par satellite dans le SMS 4 5 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

72. Fig: Structure du réseau 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

73. La procédure suivante est appliquée pour la commande d'assignation des canaux dans ce réseau. a) Appel émanant de la station mobile Etape 1: Une STN envoie un message de demande par l'intermédiaire du canal demande en mode d'accès aléatoire. Si la transmission du message n'aboutit pas, elle est répétée. 48 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) assignation des canaux dans un réseau 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

74. Etape 2: Si le message de demande est bien reçu par la STC, sans collisions, cette station envoie à la SCR un message de demande d'assignation de canal. La SCR (station coordonnatrice de réseau ) recherche un canal satellite disponible entre la STN (station terrienne de navire ) demanderesse et une STC de destination. Lorsque ce canal est trouvé, la SCR transmet un message d'assignation à la STN et à la STC de destination. 48 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) assignation des canaux dans un réseau 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

75. Etape 3: Une fois que le message d'assignation a été reçu par la STN et la STC, une liaison par satellite est établie entre ces stations. Etape 4: Lorsque la communication est terminée, la STC en fait part à la SCR, qui annule l'assignation du canal. 48 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) assignation des canaux dans un réseau 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

76. La Fig. 2.6 représente cette séquence d'assignation de canal. MRT SCPC: Porteuse SCPC FIGURE 1.6 : Procédure d'établissement d'appel dans le cas d'un appel émanant de la station mobile 49 1.4. Services mobiles par satellite (SMS)

77. b) Appel destiné à la station mobile Etape 1: Lorsqu'une STC reçoit un appel en provenance d'un réseau de Terre, elle demande à la SCR d'envoyer un message d'annonce d'appel à la STN appelée. Etape 2: La SCR envoie un message d'annonce d'appel à toutes les STN se trouvant dans la région océanique concernée, et attend la réponse de la STN appelée. Etape 3: Après avoir reçu cette réponse, la SCR envoie un message assignation à la STC et à la STN de destination. 49 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) assignation des canaux dans un réseau 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

78. 51 Gestion de la ressource satellite dans le SMS type non OSG la demande totale de trafic que chaque faisceau ponctuel de satellite doit prendre en charge varie dynamiquement en fonction de l'emplacement de la zone de couverture du faisceau et en fonction de l'heure locale. une fonction de gestion est indispensable dans les systèmes du SMS type non OSG pour attribuer dynamiquement la largeur de bande nécessaire pour chaque faisceau, afin que le trafic demandé puisse être acheminé convenablement. 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

79. 51 Gestion de la ressource satellite dans le SMS type non OSG La fonction de gestion de la ressource satellite doit satisfaire aux exigences suivantes: • Chaque faisceau ponctuel reçoit une largeur de bande suffisante pour acheminer le trafic demandé. • Une fréquence porteuse est affectée à chaque faisceau afin que les conditions de réutilisation des fréquences soient satisfaites. Le but est de respecter les critères requis pour éviter des brouillages inutiles dans le même canal. La puissance du répéteur du satellite doit être fournie à chaque faisceau ponctuel, pour permettre la transmission dans la largeur de bande attribuée. 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

80. 51 1.4.4.1. Commande d'assignation des canaux pour le SMS type non OSG Dans un système du SMS non OSG, une STP effectue la commande d'assignation des canaux pour une capacité donnée du répéteur du satellite (réserve de canaux) à l'usage de chaque faisceau ponctuel. A l'intérieur de cette capacité, la STP effectue la commande d'assignation des canaux pour les demandes d'appel. S'il existe une multiplicité de passerelles dans la zone de couverture du satellite, il faut prévoir un mécanisme pour le partage de la réserve de canaux 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

81. 51 1.4.4.1. Commande d'assignation des canaux pour le SMS type non OSG Dans un système du SMS type non OSG fonctionnant selon une extension de la technologie GSM, on applique généralement la procédure suivante pour l'assignation des canaux: a) Appel émanant de la station mobile Etape 1: La STP émet un message du canal de commande de diffusion (BCCH, broadcast channel) à destination d'un faisceau ponctuel responsable. Etape 2: Un terminal mobile reçoit le message BCCH et 1.4. Services mobiles par satellite (SMS)

82. 51 1.4.4.1. Commande d'assignation des canaux pour le SMS type non OSG . Etape 3: Un terminal mobile émet un message de demande de canal par l'intermédiaire d'un RACH défini sur la base du système ALOHA à segmentation temporelle. Etape 4: Si le message de demande est bien reçu, sans collisions, par la station terrienne passerelle, celle-ci attribue un canal de liaison par satellite, par l'intermédiaire de l'AGCH (Access Grant Control Channe) là condition qu'un canal par satellite soit disponible. Sinon, le terminal mobile répète l'Etape 3. Etape 5: Sur la base du message AGCH, une liaison par 1.4. Services mobiles par satellite (SMS)

83. 52 b)Appel destiné à la station mobile Etape 1: La STP émet un message BCCH à destination d'un faisceau ponctuel responsable. Etape 2: Un terminal mobile reçoit le message BCCH et effectue la synchronisation et la commande dans le réseau. Etape 3: S'il y a un appel entrant en provenance d'un réseau de Terre, la STP émet un message d'assignation de canal à l'intention d'un terminal mobile de destination, par l'intermédiaire d'un AGCH, à condition qu'un canal par satellite soit disponible. Etape 4: Sur la base du message AGCH, une liaison par satellite est établie entre le terminal mobile et la STP. 1.4. Services mobiles par satellite (SMS)

84. 52 c)Diversité et transfert des satellites Les satellites d'un SMS type non OSG fonctionnent de façon extrêmement dynamique lorsque ces satellites et les terminaux mobiles se déplacent continuellement. En raison du mouvement des satellites, il n'est pas toujours facile de réaliser les conditions de visibilité directe d'un satellite à partir d'un terminal mobile, même si le mobile ne se 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

85. 52 c)Diversité et transfert des satellites En particulier, on a souvent des phénomènes de blocage et d'occultation dans les zones urbaines, principalement à cause de la présence de bâtiments élevés. Dans une situation de ce genre, on peut remédier de façon fiable à ces inconvénients en appliquant la technique de diversité de satellite, qui améliore la disponibilité en maintenant une liaison par satellite à l'aide de deux satellites visibles. Pour permettre l'application de cette technique, la commande d'assignation des canaux doit mettre en oeuvre une fonction d'établissement de liaisons par satellite vers les deux satellites visibles. 1.4. Services mobiles par satellite (SMS)

86. 52 d)Le transfert est une autre fonction de commande importante: une liaison par satellite peut être attribuée lorsque la couverture d'un terminal mobile passe d'un faisceau ponctuel à un autre ou d'un satellite à un autre. Cette commande repose en général sur la procédure suivante. Etape 1: Un terminal mobile surveille constamment l'intensité des signaux reçus en provenance du satellite. Si cette intensité tombe en dessous d'un seuil, le terminal envoie à la station passerelle une demande de transfert, par l'intermédiaire d'un canal de signalisation spécifique. 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

87. 52 d)Le transfert est une autre fonction de commande importante: Etape 2: Lorsqu'elle reçoit la demande de transfert, la STP se met à la recherche d'un nouveau canal satellite disponible dans un faisceau ponctuel adjacent capable de prendre en charge le trafic à transférer. Elle assigne ensuite le nouveau canal au terminal mobile qui a demandé le transfert. 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

88. 52 c)Assignation des canaux et mesures antibrouillage Système d'assignation dynamique des canaux en fonction de l'activité observée (DCAA, dynamic channel activity assignment system). Dans le cas des systèmes mini LEO, le processus d'assignation des canaux est le même que celui décrit dans la section précédente pour les systèmes super LEO, avec cette différence que le processus se déroule dans le satellite et non dans la STP. Cela est possible parce que les messages de données transportés par les mini LEO sont relativement courts; par 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

89. 89 c)Assignation des canaux et mesures antibrouillage La bande 148-149,9 MHz employée par les systèmes mini LEO est aussi largement utilisée par des systèmes de Terre. Pour trouver des canaux utilisables, un système mini LEO doit explorer et identifier, dans cette bande, des canaux qui ne sont pas activement utilisés à cet instant. Dans le système ORBCOMM, il existe un système d'assignation dynamique des canaux en fonction de l'activité observée (DCAAS) qui identifie les canaux utilisables et les met à disposition pour les transmissions des STM. 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

90. 90 c)Assignation des canaux et mesures antibrouillage On a là une forme de mise en oeuvre de ce qui est peut- être la plus ancienne technique d'antibrouillage dans les radiocommunications: «écouter» avant d'«émettre», pour s'assurer que le canal est libre. Ici, la différence réside dans le fait que c'est le satellite qui écoute avant d'autoriser une STM à émettre. Le DCAAS se compose d'un récepteur et d'une unité de traitement sur chaque satellite. Le système DCAAS effectue les opérations suivantes: exploration de la bande attribuée aux liaisons montantes du STM pour rechercher des transmissions de services de Terre, par intervalles de 2,5 kHz; 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

91. 91 c)Assignation des canaux et mesures antibrouillage  identification des canaux non utilisés et assignations de ces canaux aux STM pour transmission sur les liaisons montantes. Le but est d'éviter les brouillages avec les récepteurs de Terre, brouillages qui empêcheraient les émissions des STM dans des canaux actifs du service mobile. Pour plus de renseignements sur le système DCAAS, on se reportera à la Recommandation UIT-R M.1039. 1.4. Services mobiles par satellite (SMS) 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

92. 92 Dans les systèmes du SMS (OSG ou non OSG/super LEO ou MEO), les liaisons par satellite sont généralement établies avec accès aléatoire. La transmission du message de signalisation (par exemple, une demande d'établissement d'une communication avec un numéro téléphonique d'un service terrestre – demande émanant du terminal mobile et destinée à la passerelle, ou demande d'assignation de fréquence pour permettre au terminal d'établir une communication – demande émanant de la passerelle et destinée au terminal mobile) ne s'effectue qu'après l'établissement de la liaison par satellite. 1.5. Signalisation 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

93. 93 En général, l'information de signalisation est échangée, entre une STM et une STP, par l'intermédiaire d'un canal de signalisation dans la bande, sur la liaison par satellite établie. Les terminaux mobiles utilisés de nos jours sont évidemment beaucoup moins encombrants que la parabole de 9,1 m du Kingsport. Les dimensions peuvent aller de 0,9 m pour les paraboles stabilisées qui équipent les terminaux Inmarsat-A jusqu'à des téléphones portables guère plus encombrants que des téléphones cellulaires de type courant, comme ceux utilisés dans le système SMS super LEO de Globalstar. 1.5. Signalisation 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

94. 94 En général, les «satellites à défilement» utilisés dans les réseaux du type non OSG du SMS desservent des antennes à faible gain, quasi équidirectives, incorporées à des terminaux portables à peine plus grands que des téléphones cellulaires classiques. Dans la généralité des cas, les systèmes OSG peuvent profiter d'une directivité d'antenne un peu plus grande, lorsque la direction du satellite est connue et/ou lorsque la plate-forme mobile peut utiliser un système de poursuite qui cale le pointage d'une antenne à gain élevé sur le faisceau principal du satellite. Il existe cependant des terminaux OSG plus simples et moins coûteux 1.5. Signalisation 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

95. 95 L'aspect extérieur des STM peut varier considérablement selon la nature des éléments qui constituent les sous- systèmes utilisés. L'aspect est lié à des facteurs tels que :  utilisation du terminal pour les services terrestre, maritime ou aéronautique; type de communications à établir ; bande de fréquences de fonctionnement ; architecture du système à satellites ; caractéristiques souhaitées des antennes. C'est la combinaison de ces facteurs qui explique la grande diversité d'aspect des STM. En revanche, les caractériques générales sont les mêmes pour toutes les STM. Les principaux sous- systèmes de ces stations et leurs fonctions spécifiques se répartissent comme 1.6. Caractéristiques générales des STM

96. 96 a)Le sous-système d'antenne Ce sous-système se compose de l'antenne proprement dite, de : sa monture son dispositif de pointage de l'antenne. Le type d'antenne convenant le mieux à une application donnée peut varier: le choix peut aller d'une grande antenne à commande électrique (réflecteur parabolique ou réseau à commande de phase) jusqu'à une petite antenne telle qu'un doublet demi-onde, en passant par une antenne à gain moyen, par exemple une hélice. 1.6. Caractéristiques générales des STM 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

97. 97 Le choix de l'antenne est le résultat d'un compromis entre les exigences relatives au système (efficacité d'utilisation du secteur spatial) et les exigences de l'usager (équipement compact). On a intérêt à utiliser une antenne à gain élevé, car on bénéficie alors d'une p.i.r.e. accrue, d'une plus grande sensibilité à la réception et d'une meilleure réduction du brouillage. Mais une telle antenne présente aussi l'inconvénient d'augmenter le prix et de réduire la portabilité du terminal. Une antenne à faible gain est plus économique, a une structure plus simple et peut fonctionner sans pointage du faisceau. Mais, en contrepartie, elle a besoin d'une p.i.r.e. plus forte sur la liaison descendante (la p.i.r.e. est une des caractéristiques les plus coûteuses d'un système du SMS) pour fournir un débit 1.6. Caractéristiques générales des STM

98. 98 Le choix d'un type d'antenne est encore influencé par un autre facteur : • la question de savoir s'il faut prévoir la poursuite des satellites du SMS. La réponse à cette question ne dépend pas seulement du terminal (est-il en mouvement, ou non, à l'instant d'utilisation?) mais aussi du ou des satellites à poursuivre (est-il [sont-ils] en mouvement par rapport au terminal?). Les interactions entre ces deux mouvements peuvent entraîner des conditions de poursuite complexes. Pour cette raison, les terminaux du SMS type non OSG sont le plus souvent équipés seulement d'antennes équidirectives. 1.6. Caractéristiques générales des STM 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

99. 99 •Les valeurs types du gain d'antenne dans le SMS: entre 0 dBi et 21 dBi (réflecteurs de 85 cm de diamètre). •rapport gain du récepteur/température de bruit (G/T), entre 26 dB(K–1) et 4 dB(K–1). Dans les communications bidirectionnelles, l'antenne remplit généralement les fonctions d'émission et de réception. Ces fonctions utilisent le plus souvent des fréquences différentes (duplex à répartition en fréquence), un duplexeur étant utilisé pour combiner les deux chaînes dans la même alimentation d'antenne. Une autre solution consiste à utiliser un duplex à répartition dans le temps, dans le cas où des créneaux temporels différents sont attribués aux deux sens de 1.6. Caractéristiques générales des STM

100. 10 0 Par ailleurs, compte tenu des forts effets de dépolarisation rencontrés dans les communications du SMS, on a rarement recours à la discrimination de polarisation sur la liaison de communication entre le satellite et le terminal mobile. b)La chaîne d'émission Cette chaîne recouvre le trajet du signal émis et comprend les éléments suivants: amplificateurs à grande puissance ; filtres passe-bande ; combineurs pour l'exploitation multicanal ; élévateurs de fréquence ; modulateurs en bande de base et codeurs de la source. La chaîne d'émission comprend aussi d'autres éléments comme un étage de régulation dynamique de puissance et 1.6. Caractéristiques générales des STM

101. 10 1 b)La chaîne de réception Cette chaîne recouvre le trajet du signal reçu et comprend les éléments suivants: amplificateurs à faible bruit ; filtres passe-bande; diviseurs multicanal ; abaisseurs de fréquence ; démodulateurs ; décodeurs de la source. d)Le sous-système d'alimentation en énergie L'alimentation en énergie est assurée par une batterie ou par une source à fonctionnement ininterrompu qui est rechargée par un équivalent du secteur électrique: un allume-cigare d'automobile ; un générateur électrique . 1.6. Caractéristiques générales des STM

102. 10 2 d)Le sous-système de commande Ce sous-système abrite les diverses fonctions de commande : traitement des données ; protocole et traitement des signaux nécessaires pour un fonctionnement efficace du terminal. 1.6. Caractéristiques générales des STM 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

103. 1.7. Constellations de satellites  La couverture assurée par un satellite peut être insuffisante au regard de la couverture souhaitée pour la zone de service.  Une mission assurée par un satellite (non GEO) pour une région donnée peut ne pas être permanente. Pour cela on doit envisager des systèmes composés de plusieurs satellites:  On parle alors de constellations.

104. De telle constellations présentes plusieurs types de couvertures. On peut distinguer : - La couverture instantanées d’un satellite : il s’agit de la région de la terre pour la quelle la spécification minimale de couverture est assurée par ce satellite. - La couverture instantanée du systèmes : c’est la réunion, à un instant donné, des couvertures instantanées de l’ensemble des satellites de la constellation. - La couverture à long terme du système : c’est la couverture réalisée par l’ensemble des satellites de la constellation au bout d’un temps suffisamment grand. 1.7. Constellations de satellites 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

105. Une constellation est constituée de satellites dont les mouvements sont synchronisés entre eux et dont les trajectoires par rapport à la Terre se reproduisent à l'identique au bout d'une durée constante, le plus souvent de plusieurs jours. 1.7. Constellations de satellites 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

106. 1.7. Constellations de satellites 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

107. 1.7. Constellations de satellites 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

108. Satellites dans l’espace 1.7. Constellations de satellites 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

109. Différents types de constellation peuvent être distingués : les constellations en orbite intermédiaire à plus de 5 000 kilomètres d'altitude, avec des périodes de révolution autour de la Terre d'environ 12 heures : Cas du GPS et du Futur GALILEO les constellations en orbite basse à une altitude inférieure à 1 500 kilomètres avec des périodes de révolution d'environ 2 heures: Cas de Globalstar et Iridium 1.7. Constellations de satellites 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

110. Les projets de constellations visent donc deux marchés principaux:  les applications GNSS (GNSS = Global Navigation Satellite System - cf. rubrique "Se positionner" : GPS pour les USA, Galileo en France)  la téléphonie mobile 1.7. Constellations de satellites 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

111. a)Les applications GNSS L'altitude de ces satellites (20 200 km pour GPS et 23 200 km pour Galileo) détermine directement la zone couverte et la durée de visibilité d'un satellite depuis un utilisateur au sol. Le nombre de satellites (24 pour GPS, 30 pour Galileo) est déterminé de façon à assurer la performance recherchée sur l'ensemble du globe. Au moins quatre satellites doivent être visibles de tout point du globe pour fournir un service de positionnement. Constellation Galileo © Thales Alenia Space 1.7. Constellations de satellites 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

112. a)La téléphonie mobile Du fait des caractéristiques de ses utilisateurs, cette application a semblé la première à pouvoir rentabiliser de grands projets. C'est le cas de Globalstar et d'Iridium.  Globalstar, né en 1994 dans le but de fournir des services de télécommunications à couverture mondiale via une constellation de 48 satellites en orbite basse autour de la Terre, Globalstar est un consortium fournissant des services de communicationstéléphoniques par satellites, dédiés à la téléphonie et les transferts de données à bas débit 1.7. Constellations de satellites 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

113. a)La téléphonie mobile • Iridium utilise 66 satellites en orbite basse à 800 km d'altitude permet d'être en communication avec au moins un satellite sur toute la Terre à un moment quelconque et de minimiser les allers-retours du signal, ce qui améliore grandement la qualité perçue de l'appel téléphonique. Une particularité du système est la communication entre satellites des messages à acheminer, ce qui permet une couverture mondiale avec un minimum de stations au sol, contrairement au système Globalstar. 1.7. Constellations de satellites 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

114. 1.8. Les lois de KEPLER • - • Ptolémée (200 ap JC) la Terre est le centre de l’univers et les planètes tournent autour. • Copernic (1478-1543) Le soleil est le centre du monde et les planètes lui tournent autour suivant des cercles. • Kepler (1571-1630) utilise les observations de son maître Tycho Brahé (1546-1601) et formule trois lois 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

115. Première loi de Kepler : Loi des trajectoires Dans le référentiel héliocentrique la trajectoire du centre d’une planète est une ellipse dont le Soleil est l’un des foyers.

116. Périgée : point de l’orbite le plus proche de la Terre Apogée : point de l’orbite le plus éloigné de la Terre a Terre 1ère loi : L’orbite du satellite est une ellipse dont le centre de la Terre est un des foyers Satellite Apogée Périgée 1.7. Les lois de Kepler appliquées aux satellites artificiels r

117. Deuxième loi de Kepler : Loi des aires Le segment de droite reliant le Soleil à la planète balaie des aires égales pendant des durées égales.

118. 2ème loi : Le satellite se déplace d’autant plus vite qu’il est proche de la Terre Le rayon vecteur du centre de la Terre au satellite balaye des aires égales pendant des intervalles de temps égaux t1 t2 A12 t2 – t1 = t4 – t3 → A12 = A34 1.8. Les lois de Kepler appliquées aux satellites artificiels t3 A34 t4

119. Troisième loi de Kepler : Loi des périodes Pour toutes les planètes du système solaire, le rapport entre le carré de la période de révolution et le cube du demi grand axe est le même. T2/a3 = constante a

120. où a : demi grand axe de l’ellipse et µ = G. MTerre = 3.986.1014 m3.s-2 1 a3 µ 3ème loi : La période de révolution du satellite sur son orbite est : T 2π 1.8. Les lois de Kepler appliquées aux satellites artificiels 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

121. 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

122. Les six paramètres orbitaux 1.9. Les éléments orbitaux Six paramètres permettent de connaître la position et la trajectoire d'un satellitee dans l'espace Forme de l’orbite Position du satellite sur l’orbite ν : anomalie vraie en degré Position de l’orbite dans son plan ω : argument du périgée Orientation du plan orbital i : inclinaison du plan orbital Ω : longitude du nœud ascendant 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

123. 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

124. , HEO MEO GEO Les différents types d’orbites 124 LEO LEO 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

125. Les satellites volent à diverses altitudes et différentes orbites # Satellite météo à 36000 km Satellite imageur : Pléiades 1A et B à 694 km Satellite Galileo: à 20000 km Sonde interplanétaire : Cassini LEO: orbite basse (Low Earth Orbit) MEO : orbite moyenne (Medium Earth Orbit) SSO : Orbite héliosynchrone (Sun Synchronous Orbit) GEO : Orbite géostationnaire Geosynchronous Earth Orbit GTO : orbite de transfert geostatonnaire (Geosynchronous Transfert Orbit)

126. -Période orbitale = 1 jour sidéral = 23h56min4s -Inclinaison nulle : orbite équatoriale Depuis la Terre, le satellite paraît fixe -Orbite circulaire ; Altitude : 35786 km -Couverture : 42% de la surface terrestre Permet l’interconnexion de stations terriennes éloignées Inconvénients : -Pas de couverture des pôles -Temps de propagation élevé : 0.25s (aller- retour) -Atténuation du signal importante (~200 dB) Source : ESA/EADS-Fleximage L’orbite géostationnaire 1.9. Les éléments orbitaux

127. Satellites colocalisés Environ 450 satellites en orbite géostationnaire Espacement minimal entre satellites : 2 à 3° La ceinture géostationnaire

128. 13°Est : Hotbird 13B, 13C et 13 E 150 km 40 km Vue d’artiste des trajectoires amplifiées Fenêtre orbitale 150 km Les satellites colocalisés 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

129. Les systèmes GEO Deux types principaux • Satellite à couverture étendue ─Services diversifiés ─Quelques faisceaux à couverture nationale, continentale ou globale ─Répéteur transparent (bent pipe) • Satellite à couverture multi-spots ─Services interactifs large bande ─Antennes multifaisceaux ─Répéteur transparent ou régénérateur avec processeur numérique ─Réutilisation des fréquences 1.9. Les éléments orbitaux

130.  90% des satellites en orbite géostationnaire sont des satellites de télécommunications pour des applications : - de diffusion (télévision, radio) - point à point - Interconnexion de réseaux à l’échelle mondiale - Liaisons de données à la demande - Support de réseau cœur dans les zones à faible infrastructure télécom - Services de raccordement à l’Internet - Services interactifs mobiles régionaux  Satellite de télécommunications militaires  Satellites météorologiques : Meteosat, GOES, Himawari  Satellites servant de relais pour d’autres satellites en orbite basse : TDRS, Loutch, EDRS  Satellite militaire d'alerte avancée : SBIRS Applications des satellites GEO 1.9. Les éléments orbitaux

131. Réseau satellitaire géostationnaire : Inmarsat  Inmarsat : International Mobile Satellite Organization  Création en 1979 (International Maritime Satellite Organization)  Services commerciaux: téléphonie, données, M2M  Service public: Système mondial de détresse et de sécurité en mer (SMDSM) ou GMDSS (Global Maritime Distress and Safety Services)  Secteurs : terrestre, maritime, aéronautique  Satellites : en orbite géostationnaire (4 Inmarsat 4 et 4 Global Xpress)  Stations sol : - SCC (Satellite Control Center): Londres avec un de secours - TT&C stations (Tracking, Telemetry and Control): Fucino (Italie), Pékin (Chine), Lake Cowichan (Canada) Pennant Point (Canada). - SAS stations (Satellite Access Stations) pour service BGAN(Broadband Global Area Network): Paumalu (Hawaii), Burum (Pays- Bas) et Fucino (Italie) - LES stations (Land earth Stations)  Fréquences : bande L (Inmarsat 4 ) bande Ka (Global Xpress) 1.9. Les éléments orbitaux

132. Inmarsat : Architecture Terminal Utilisateur Satellite Inmarsat LES ou SAS Point d’interconnexion réseau Station de base Téléphone mobile terrestre Equipement réseau entreprise Télépho ne fixe Station de travail 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

133. Inmarsat : Inmarsat-4 Credit : Airbus Defence and Space http://spaceflightnow.com/sealaunc h/i4f2 60 fois plus puissant qu’un satellite Inmarsat-3 200 spots Diamètre de l’antenne : 9 m Service prévu jusqu’en 2020 http://www.inmarsat.com 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

134. Inmarsat : secteur terrestre - Services BGAN (Broadband Global Area Network) Téléphonie + transfert de données simultanément Service IP standard Débit variable sur canal partagé ("best effort") Jusqu’à 492kbps (taux maximal) en réception et émission. Service IP streaming Débit garanti Disponible à la demande 32, 64, 128, 256kbps – émission et réception. http://www.inmarsat.com 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

135. Inmarsat : secteur terrestre - -Services de téléphonie mobile (terminal Isatphone Pro). -Services de téléphonie fixe par satellite http://www.inmarsat. com 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

136. Inmarsat : secteurs maritime & aéronautique Services large bande : -sur Inmarsat-4 avec une disponibilité de 99.9% -sur GlobalXpress. Secteur maritime: -Marine marchande -Pêche -Bateaux de plaisance -Services gouvernementaux Secteur aéronautique -Transport aérien : Téléphonie et transfert de données pour passagers et équipage -Business (jets privés) -Services gouvernementaux : Liaisons sécurisées 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

137. Inmarsat : Global Xpress -4 satellites en bande Ka lancés de 2014 à 2017 -5 Mbps uplink, 50 Mbps downlink 1.9. Les éléments orbitaux

138. Réseau satellitaire géostationnaire : Thuraya 2 satellites géostationnaires : Thuraya-2 : 44° Est Thuraya-3 : 98° Est Couverture satellitaire: 33 http://www.thuraya.com 1.9. Les éléments orbitaux

139. Thuraya Couverture en roaming: http://www.thuraya.com 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

140. Thuraya Services : - Téléphonie: - Thuraya SatSleeve + : utilisation d’un smartphone (réseau terrestre) + WiFi Thuraya XT Dual Poids : 211g Fréquences : Satellite, GSM tri-band (900/1800/1900 MHz) 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

141. Thuraya Services : - M2M : monitoring 444 kbps - Aero : Liaison fiable, avions privés Secteurs : Terrestre, maritime, aéronautique 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

142. Orbites Molnya Utilisées par la Russie à partir de 1965 Inclinaison proche de la latitude des lieux couverts : i=63.4° Avantage : vitesse minimale à l’apogée Altitude apogée /périgée : 39105/1250 km Période orbitale : ~12h Durée de visibilité : 8h Service continu avec 3 satellites Applications : service de télévision, satellites espions (US et russes) Les orbites elliptiques inclinées HEO (1/3) Trace au sol d’un satelite Molnya 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

143. Constellation Molnya Source : Lloyd Wood Les orbites elliptiques inclinées HEO (2/3) Vidéo : http://www.youtube.com/watch?v=O_Iykeouj3g 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

144. Applications des orbites HEO -Couverture des régions de latitude élevée -Télécommunications -Permet d’être plus facilement en visibilité avec les satellites -Satellites de la défense (Système US SBIRS : Space-Based Infrared System pour la détection de missiles) Les orbites elliptiques inclinées HEO (3/3) 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

145. -Pas d’orbite intermédiaire à cause des ceintures de Van Allen -Si orbite polaire couverture mondiale (en temps différé) Type d’orbite LEO MEO altitude 600-2000km 10000-20000 km Période orbitale 100 min pour h = 800 km 12 h pour h = 20000 km visibilité 15 min pour h = 800 km ~5h pour h = 20000km applications Iridium, Globalstar, SPOT, HELIOS GPS, Galileo Les orbites circulaires basses 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

146. décalage de la fréquence dû à l’effet Doppler  Effet Doppler satellite défilant ∆f = ± vr ft / c vr : vitesse relative entre le satellite et l’utilisateur c : vitesse de la lumière ft : fréquence du signal transmis ∆f > 0 lorsque le satellite s’approche ; ∆f < 0 lorsque le satellite s’éloigne Ce décalage doit être compensé pour démoduler correctement les signaux  Eclipses Utilisation de batteries pour maintenir le service Les orbites circulaires basses 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

147. Source : M. Bousquet Applications : -Système Orbcomm -Système Leosar de Cospas-Sarsat -Système Argos Les orbites circulaires basses : applications 1 4 7  Services différés collecte de données, surveillance, observation toutes les 12 h Position du satellite à t0 Position du satellite à t1 Stockage Déplacement . du satellite 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

148. ORBCOMM 1 4 8 "Little LEO" : transmission de données (services M2M : Machine to Machine) Constellation : 29 satellites ; altitude : 775 km Fréquence : 137.0-150.05 MHz & 400.075-400.125 MHz Partenariat pour les réseaux terrestres : Orange, AT&T, T Mobile, ROGERS, Telefonica, Vodafone, Verizon 2 millions d’utilisateurs Fonction AIS (Automatic Identification System) pour les satellites OG2 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

149. -Charge utile du satellite complexe -Couverture multi- régionale ou globale -Nombre de liens limité à cause des temps de propagation -Applications : Iridium Source : M. Bousquet constellation  Services permanents Nécessitent une constellation de satellites : téléphonie mobile, géolocalisation 60 satellites pour LEO et 10 pour MEO à 10000 km 1. Systèmes temps réel avec lien inter-satellites Les orbites circulaires basses : applications 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

150. -Charge utile du satellite peu complexe de type " bent pipe " -Couverture locale, régionale ou globale -Nombre de rebonds limité à cause des temps de propagation -Applications : Globalstar Source : M. Bousquet  Services permanents 2. Systèmes temps réel avec relais par stations sol Liaison entre zones disjointes constellation Les orbites circulaires basses : applications 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

151. Constellation LEO : Iridium Seul réseau satellitaire de communication offrant une couverture mondiale (LEO + lien intersatellitaire) 66 satellites, altitude : 780 km, orbite polaire. Applications : téléphonie, SMS, réception de signaux de balise (système d’alerte aux tsunamis), transmission de données : 10 kbit/s Fin déc. 2017, 969 000 abonnés : 359 000 Voice & Data, 510 000 IoT Data, 100 000 Government 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

152. Iridium Next  Renouvellement de la constellation par Thales Alenia Space (81 satellites). Au 1er juin 2018 : 55 satellites en orbite (sur 75 prévus)  Services proposés par Iridium Certus Téléphonie Transferts de données haut débit (bande L) GMDSS (Global Maritime Distress and Safety Services) depuis mai 2018 : fin du monopole d’Inmarsat  La partie principale de la charge utile de chaque satellite reprend les fonctions de ceux de première génération : une antenne active en bande L, jusqu'à 1,5 Mb/s, pour la mission principale (48 faisceaux sur une couverture de 4 500 km de diamètre) des antennes en bande Ka, jusqu'à 8 Mb/s, pour les liaisons inter- satellites des antennes en bande Ka, pour les liaisons vers les téléports (sol).  Une nouveauté est implémentée : une charge utile de la société Aireon pour l’acquisition et le traitement des signaux ADS-B émis par les avions (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast). 1.9. Les éléments orbitaux

153. Constellation LEO : Globalstar 153 Constellation nominale : 48 satellites Pas de lien intersatellitaire 24 satellites de 2nde génération ont été lancés Altitude : 1414 km Modernisation des 23 gateways et des terminaux 9.6 kbps => 256 kbps 710 000 abonnés (Dec. 2017) : téléphonie et M2M Couverture pour la téléphonie Couverture pour l’IoT (émission de données) 1.9. Les éléments orbitaux

154. Globalstar : répéteurs « Bent pipe » 1.9. Les éléments orbitaux

155. Globalstar : produits Téléphone Point d’accès WiFi Simplex : satellite transmitter unit Messagerie duplex : SPOT 1.9. Les éléments orbitaux 1 INTRODUCTION AU SATELLITE

156.  Le temps de propagation  L’effet Doppler Plus l’altitude est faible, plus l’effet Doppler est important nécessité d’un système de poursuite (tracking)  La puissance des signaux Atténuation lors du trajet Satellite-Terre pour f = 1.6 GHz : 2000 fois plus importante pour un satellite GEO (ex : Inmarsat) que pour un satellite LEO (ex : Iridium, h = 780 km) soit 187 dB contre 154 dB  Utilisation aux latitudes élevées Satellites GEO peu appropriés (Inmarsat disponible jusqu’à 82°)  Handover Nécessaire en LEO et MEO Durée de visibilité quand l’altitude du satellite Type d’orbite LEO (500- 2000km) MEO 10000 km GEO 35786 km Temps de propagation aller- retour 3-13 ms 66 ms 240 ms Quelques comparaisons entre les orbites 1.9. Les éléments orbitaux

157. 2. LE LIEN SATELLITE

158.  Liaisons d’une communication par satellite Satellite Liaison montante Liaison descendante Station de base en transmission Station de base en réception Gain Perte de Propagation Perte de Propagation u L d L s G su G sd G t G r G ta L ra L da L ua L Satellite Liaison montante Liaison descendante Station de base en transmission Station de base en réception Gain Perte de Propagation Perte de Propagation u L d L s G su G sd G t G r G ta L ra L da L ua L 2.1. Principaux paramètres d’une liaison 2. LE LIEN SATELLITE

159.  Gain de l’antenne         4 / P , w ) , ( G t ) , ( w   t P ) , (   Puissance rayonnée dans la direction Puissance totale rayonnée Pour une antenne parabolique : 2 D G           D Diamètre de l’antenne  Efficacité d’ouverture : généralement entre 50% et 70% 2.1. Principaux paramètres d’une liaison 2. LE LIEN SATELLITE

160.  Pertes dans l’espace libre  2 2 r t t 2 r t t r d 4 G G P d 4 A G P P      t tG P Puissance transmise selon une sphère de rayon d La puissance reçue est Avec    4 G A 2 r r Équation de Friis 2.1. Principaux paramètres d’une liaison 2. LE LIEN SATELLITE D 2 AR 4 Le terme Ar est l'aire effective de l'antenne de réception.

161.  Pertes par absorption atmosphérique 2.1. Principaux paramètres d’une liaison 2. LE LIEN SATELLITE

162. atténuation atmosphérique Exemple: les systèmes de satellites à 4-6 GHz élévation du satellite 5 ° dix 20 ° 30 ° 40 ° 50 ° L'atténuation du signal en% dix 20 30 40 50 absorption de pluie l'absorption du brouillard l'absorption atmosphérique Perte en espace libre : 2.1. Principaux paramètres d’une liaison

163.  Température de bruit K J 10 38 . 1 k 23    kT N0  Bruit thermique Constante de Boltzmann T Température de bruit en Kelvin   Hz / dB ) T log( 10 6 . 228 ) T log( 10 ) k log( 10 N dB o      Exemple: La densité de puissance du bruit généré par une résistance à une température de 27C est : Hz / dB 8 . 203 ) 27 15 . 273 log( 10 6 . 228 No       2.1. Principaux paramètres d’une liaison 2. LE LIEN SATELLITE

164.  Température équivalente de bruit de l’antenne o s A T ) 1 ( T T     Rendement d’ouverture de l’antenne Température ambiante en Kelvin Température de bruit due aux ions de l’atmosphère, à la foudre, absorption atmosphérique… La plus grande contribution à la température équivalente de bruit de l’antenne reste due aux lobes secondaires dans le diagramme de rayonnement, qui sont dirigés vers le sol. 2.1. Principaux paramètres d’une liaison 2. LE LIEN SATELLITE

165.  Facteur de bruit (ou Figure de bruit) Sortie Largeur de bande : B Gain : G Facteur de bruit : NF Température To Entrée Sin Nin Sout Nout Circuit d’amplification 2.1. Principaux paramètres d’une liaison 2. LE LIEN SATELLITE

166.  Facteur de bruit out out in in N S N S NF  Rapport signal à bruit au port d’entrée Rapport signal à bruit au port de sortie B kT S N S 0 in in in  B: largeur de bande de la liaison ) B kT B kT ( G GS N S i 0 in out out   G: Gain de sortie Ti: Température équivalente de bruit à l’entrée Sortie Largeur de bande : B Gain : G Facteur de bruit : NF Température To Entrée Sin Nin Sout Nout Circuit d’amplification 2.1. Principaux paramètres d’une liaison 2. LE LIEN SATELLITE

167.  Facteur de bruit 0 i T T 1 NF   Sortie Largeur de bande : B Gain : G Facteur de bruit : NF Température To Entrée Sin Nin Sout Nout Circuit d’amplification 2.1. Principaux paramètres d’une liaison 2. LE LIEN SATELLITE

168.  Température équivalente de bruit ) 1 NF ( T T 0 i   Circuit amplificateur Circuit passif ) 1 L ( T T c 0 i   Pertes du circuit           c 0 out L 1 1 T T Sortie Perte : Lc Température To Entrée Circuit passif ) 1 (   c o i L T T ) / 1 1 ( c o out L T T   Sortie Perte : Lc Température To Entrée Circuit passif ) 1 (   c o i L T T ) / 1 1 ( c o out L T T   2.1. Principaux paramètres d’une liaison 2. LE LIEN SATELLITE

169.  EIRP (Equivalent Isotropically Radiated Power) ) Watts ( P G EIRP t t  Courbes de niveau constant du EIRP typiques - Permet d’évaluer la capacité de transmission d’un émetteur - Puissance rayonnée de manière isotrope 2.1. Principaux paramètres d’une liaison 2. LE LIEN SATELLITE Le produit Gt Pt est appelé la Puissance Isotrope Rayonnée Effective : PIRE (Effective Isotropic Radiated Power : EIRP)

170. Dans une liaison sans fil, le signal envoyé par l ’émetteur est atténué et la fraction arrivant au récepteur est réduite, malgré les gains des antennes et de l’amplificateur. Le signal est donc dégradé. En outre, divers éléments introduisent une puissance de bruit qui va également dégrader les performances. 2.2. Bilan de puissance d’un lien par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

171. Emetteur Recepteur GT GR L PT PR PR PT GT GR LT LR O ù L LT LR PR est la puissance au récepteur PT est la puissance à l’émetteur GT est le gain de l’antenne émettrice (dBi) GR est le gain de l’antenne réceptrice (dBi) L sont les pertes d’espace LT,R sont les pertes du feeder (émetteur, récepteur) 2.2. Bilan de puissance d’un lien par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

172. Les satellites de nouvelle génération sont régénératifs (ou OBP= On Board Processing); le satellite NG: démodule le signal amplifie le signal le transpose dans une autre gamme de Fréquences remodule le signal downlink 2.2. Bilan de puissance d’un lien par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

173. Caractéristique d’une antenne : Gain G: Rendement de l’antenne (estimé { 0.6). Ouverture à 3dB: 2.2. Bilan de puissance d’un lien par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

174. Caractéristique d’une antenne : 2.2. Bilan de puissance d’un lien par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

175. Caractéristique d’une antenne : 2.2. Bilan de puissance d’un lien par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

176. Perte en espace libre : 𝑓𝑠 λ 𝐿 = 20log(4𝜋𝑅 ) Avec : - λ longueur d’onde - R distance satellite-terre Exercice : On considère un satellite géostationnaire avec une fréquence porteuse de 14 GHz. => Quelle est la perte en espace libre? 2.2. Bilan de puissance d’un lien par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

177. Perte en espace libre : 2.2. Bilan de puissance d’un lien par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

178. Principes et notations Le bilan de liaison consiste { comptabiliser l’ensemble des pertes et des gains le long du trajet de la porteuse de la station terrienne d’émission à la station terrienne de réception. Cela fournit la puissance de la porteuse CD { l’entrée du récepteur de la liaison considérée. La connaissance de cette puissance CD ne suffit pas à déterminer la qualité du signal fourni { l’usager. = > La qualité du signal reçu ?? 2.2. Bilan de puissance d’un lien par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

179. Principes et notations La qualité du signal reçu dépend du rapport (C/N0)T entre la puissance C de la porteuse reçue et la densité spectacle de puissance du bruit N0. Il faut donc également comptabiliser les contributions de bruit. séparément pour la liaison Cette comptabilité est effectuée montante et la liaison descendante. Le trajet de l’onde porteuse pour : - La liaison montante concerne le trajet depuis la sortie de l’amplificateur d’émission de la station terrienne émettrice jusqu’{ l’entrée du récepteur du satellite : (C/N0)U. - La liaison descendante concerne le trajet depuis la sortie de l’amplificateur d’émission du satellite jusqu’{ l’entrée du récepteur de la station terrienne réceptrice : (C/N0)D 2.2. Bilan de puissance d’un lien par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

180. Principes et notations Le bruit d’une liaison radioélectrique a plusieurs origines : • Le bruit thermique • Le bruit de brouillage • Le bruit d’intermodulation. ------------------------------------------------------------------------ -------------- Le bruit thermique c’est la résultante : Du bruit qui s’introduit par l’antenne de réception en raison du rayonnement naturel des objets se trouvant dans son champs d’action. Du bruit de l’emetteur. 2.2. Bilan de puissance d’un lien par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

181. Principes et notations Le bruit brouillage : il s’agit de la puissance de porteuse non désirées dans la bande de la porteuse utile. Elle résulte : • Du brouillage externe, produit par des liaisons appartenant à d’autres systèmes de télécommunications opérant dans la bande de la porteuse utile. • Du brouillage interne, causé par la porteuse de fréquence voisine de celle de la porteuse utile. Le bruit d’intermodulation : il s’agit de la puissance générée dans la bande de la porteuse utile par les produits d’intermodulation. Les produits d’intermodulation résultent de l’amplification simultané de plusieurs porteuses utile par un amplificateur non linéaire. 2.2. Bilan de puissance d’un lien par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

182. Principes et notations Nature du bruit Notation Bruit thermique de la liaison montante CU/N0U Bruit thermique de la liaison descendante CD/N0D Bruit de brouillage de la liaison montante CU/N0IU Bruit de brouillage de la liaison descendante CD/N0ID Bruit d’intermodulation GxProd *CU/N0IM On note : GxProd : Gain d’amplification au niveau du satellite GD : Gain entre la sortie de l’amplification d’émission du satellite et l’entrée du récepteur de la station terrien réceptrice. GTE = GxProd * GD Gain entre l’entrée du récepteur du satellite et l’entrée du récepteur de la station terrien. 2.2. Bilan de puissance d’un lien par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

183. 2.2. Bilan de puissance d’un lien par satellite Satellite Liaison montante Liaison descendante Station de base en transmission Station de base en réception Gain Perte de Propagation Perte de Propagation u L d L s G su G sd G t G r G ta L ra L da L ua L Satellite Liaison montante Liaison descendante Station de base en transmission Station de base en réception Gain Perte de Propagation Perte de Propagation u L d L s G su G sd G t G r G ta L ra L da L ua L ra r d da sd s ua u su ta t t r L G L L G G L L G L G P P             (en dB) 2. LE LIEN SATELLITE

184. 2.3. Éléments de conception d’un récepteur Circuit Passif 3 Circuit passif 1 Circuit d’amplification 1 Circuit passif 2 Circuit d’amplification 1 L1 L2 L3 G1, NF1 G2, NF2 Ga, Ta Circuit Passif 3 Circuit passif 1 Circuit d’amplification 1 Circuit passif 2 Circuit d’amplification 1 L1 L2 L3 G1, NF1 G2, NF2 Ga, Ta 2 1 2 3 L 1 2 2 G 1 2 L 1 G 1 L 1 a s G G L T G L T G T T T L T T       2 o 1 1 L T ) L 1 1 ( T   o 1 1 G T ) 1 NF ( T   o 2 2 L T ) 1 L ( T   o 2 2 G T ) 1 NF ( T   o 3 3 L T ) 1 L ( T    Température de bruit d’un récepteur 2. LE LIEN SATELLITE

185. 2 1 2 3 L 1 2 2 G 1 2 L 1 G 1 L 1 a s G G L T G L T G T T T L T T        Température de bruit d’un récepteur Si G1 (gain du premier amplificateur) est élevé l’expression de Ts peut se simplifier. Le premier amplificateur est appelé Low Noise Amplificator (LNA). LNA feed 0 feed a 1 G 1 L 1 a s T ) L 1 1 ( T L T T T L T T        2.3. Éléments de conception d’un récepteur 2. LE LIEN SATELLITE

186.  Figure de mérite G/T feed LNA feed o a a s feed a s s L T ) 1 L ( T T G T L / G T G      Gain incluant la perte dans le circuit d’alimentation.  Indice de performance de la réception au niveau de la station de base 2.3. Éléments de conception d’un récepteur 2. LE LIEN SATELLITE

187. 2.4. Qualité d’un lien de communication par satellite Satellite Bruit 3 Station de base en transmission Station de base en réception Transpondeur Bruit 1 Signal de la liaison montante Signal de la liaison descendante Transmetteur Récepteur Bruit 5 Bruit 4 Bruit 2 Source du signal Satellite Bruit 3 Station de base en transmission Station de base en réception Transpondeur Bruit 1 Signal de la liaison montante Signal de la liaison descendante Transmetteur Récepteur Bruit 5 Bruit 4 Bruit 2 Source du signal 2. LE LIEN SATELLITE

188. Bruit 1 : bruit thermique généré par le modulateur, le mélangeur et l’amplificateur de puissance. Ce bruit est généralement suffisamment petit en comparaison avec la puissance du signal utile et il est négligeable par rapport aux autres sources de bruit. Bruit 2 : bruit thermique issu de la terre et reçu par l’antenne du satellite (généralement à 300K). Bruit 3 : bruit thermique généré par le transpondeur du satellite. Il dépend principalement des performances du LNA du transpondeur. Bruit 4 : bruit reçu par l’antenne de la station de base en plus du signal issu du satellite incluant le bruit du ciel (bruit de fond galactique), le bruit thermique atmosphérique et le bruit thermique terrestre. 2.4. Qualité d’un lien de communication par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

189. Bruit 5 : bruit thermique généré par le récepteur de la station de base et qui dépend des performances de l’amplificateur à faible bruit du premier étage d’amplification du récepteur. En plus de ces sources de bruit, un lien de communication par satellites est soumis à des interférences introduites par d’autres systèmes de communication par satellite. 2.4. Qualité d’un lien de communication par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

190. Ligne de transmission Duplexeur Amplificateur faible bruit Amplificateur de puissance Duplexeur Ligne de transmission Antenne Antenne Milieu de propagation Récepteur Transmetteur f L t G r G LNA T e feed L , r feed L , feed out t L P P  out P t t G P EIPR   LNA feed o feed a s T L T L T T     ) 1 1 ( Ligne de transmission Duplexeur Amplificateur faible bruit Amplificateur de puissance Duplexeur Ligne de transmission Antenne Antenne Milieu de propagation Récepteur Transmetteur f L t G r G LNA T e feed L , r feed L , feed out t L P P  out P t t G P EIPR   LNA feed o feed a s T L T L T T     ) 1 1 (   kB 1 T L G L EIRP B kT L L G EIRP B kT L L G G P B kT L L G G L P N C s r , feed r f s f r , feed r s f r , feed r t t s f r , feed r t e , feed out                        k 1 T L G L EIRP kT L L G EIRP kT L L G G P kT L L G G L P N C s r , feed r f s f r , feed r s f r , feed r t t s f r , feed r t e , feed out o                       Rapport signal à bruit d’un lien satellite 2.4. Qualité d’un lien de communication par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

191. dBHz 6 . 228 T L G L EIRP k T L G L G L P N C s r , feed r f s r , feed r f t e , feed out o               k 1 T L G L EIRP N C s r , feed r f o           Rapport signal à bruit d’un lien satellite 2.4. Qualité d’un lien de communication par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

192. r feed L , Puissance transmise par le satellite 1 Watt (0 dBW) Gain de l’antenne du satellite (diamètre 100 cm) 21.7 dBi Pertes de propagation dans l’espace (d=36000 km) 187.2 dB Gain de l’antenne de la station (Diamètre 40 cm, =80%) 15.0 dBi Température de bruit du système de la station de base 24.8 dBk (300K) Pertes d’alimentation 3 dB dBHz 3 . 50 6 . 228 3 8 . 24 15 2 . 187 7 . 21 0 N / C o          Exemple 2.4. Qualité d’un lien de communication par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

193. 2.4. Qualité d’un lien de communication par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

194.   kB 1 T L G L EIRP B kT L L G EIRP B kT L L G G P B kT L L G G L P N C s , s s , feed s , r f b s , s f s , feed s , r b s , s f s , feed s , r b , t b , t s , s f s , feed s , r b , t b , feed b , out U                              k 1 T L G L EIRP kT L L G EIRP kT L L G G P kT L L G G L P N C s , s s , feed s , r f b s , s f s , feed s , r b s , s f s , feed s , r b , t b , t s , s f s , feed s , r b , t b , feed b , out U 0                               Liaison montante   dBHz 6 . 228 L T G L EIRP k T L G L G L P N / C s , feed s , s s , r f b s , s s , feed s , r f b , t b , feed b , out U o               2.4. Qualité d’un lien de communication par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

195.  Liaison descendante   kB 1 T L G L EIRP B kT L L G EIRP B kT L L G G P B kT L L G G L P N C b , s b , feed b , r f s b , s f b , feed b , r s b , s f b , feed b , r s , t s , t b , s f b , feed b , r s , t s , feed s , out D                              k 1 T L G L EIRP kT L L G EIRP kT L L G G P kT L L G G L P N C b , s b , feed b , r f s b , s f b , feed b , r s b , s f b , feed b , r s , t s , t b , s f b , feed b , r s , t s , feed s , out D 0                                dBHz 6 . 228 T L G L EIRP k T L G L G L P N / C b , s b , feed b , r f s b , s b , feed b , r f s , t s , feed s , out D o               2.4. Qualité d’un lien de communication par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

196.         1 1 1 1 ) ( ) (              o D o U o o D o U o T o I C N C N C I N N C N C  Rapport signal à bruit total Bruit d’interférences générés par les autres systèmes Liaison montante Liaison descendante 2.4. Qualité d’un lien de communication par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

197.  Rapport signal à bruit total Le rapport signal à bruit total est dominé par le rapport signal à bruit le plus mauvais 2.4. Qualité d’un lien de communication par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

198. s feed L , EIRPb du GES 60.7 dB Pertes de propagation ( 6 GHz, d=37270 km) 199.4 dB Gain de l’antenne du satellite 21.7 dBi Pertes de l’alimentation 3.0 dB Température de bruit équivalente à l’entrée de l’amplificateur faible bruit du satellite 300 K dB L G L EIRP C s feed s r f b 0 . 120 3 7 . 21 4 . 199 7 . 60 , ,           Hz dB T k N s s o / . ) log( . ) log( ) log( , 8 203 300 10 6 228 10 10        dBHz N C U o 8 . 83 8 . 203 0 . 120 ) / (      Exemple 2.4. Qualité d’un lien de communication par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

199. b feed L , EIRP du satellite 30.5 dB Pertes de propagation ( 1.5 GHz, d=41.097 km) 199.4 dB Gain de l’antenne du AESS 14.0 dBi Pertes de l’alimentation 3.0 dB Température de bruit équivalente à l’entrée de l’amplificateur faible bruit de la station de base 300 K dB L G L EIRP C b feed b r f b 0 . 148 3 0 . 14 5 . 188 5 . 30 , ,           Hz dB T k N b s o / . ) log( . ) log( ) log( , 8 203 300 10 6 228 10 10        dBHz N C D o 8 . 55 8 . 203 0 . 148 ) / (      Exemple 2.4. Qualité d’un lien de communication par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

200.       dBHz N C N C N C D o U o T o 7 . 55 790 . 379587 10 1 10 1 1 1 1 10 8 . 55 10 8 . 83 1                        Exemple dBHz N C D o 8 . 55 8 . 203 0 . 148 ) / (     dBHz N C U o 8 . 83 8 . 203 0 . 120 ) / (     Terme dominant 2.4. Qualité d’un lien de communication par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

201. Facteurs de perturbation de la qualité d’un lien satellite ] [ ] [ ] [ ] / [ ] / [ G I F S o R o I D D N C N C     Requis Calculé Théoriqueme nt Dégradation fixe de la liaison Interférence Amélioration par codage numérique (ex. Viterbi) b b R N E N C   0 0 ) / ( 2 1 0 N E erfc BER b  2.4. Qualité d’un lien de communication par satellite 2. LE LIEN SATELLITE

202. 2.5. Spectre de fréquences satellitaires Les bandes de fréquences de l’UIT 2. LE LIEN SATELLITE

203.  Principales bandes de fréquences Satellite  Bande L:  Bande S  Bande C  Bande X  Bande Ku  Bande Ka  Bande Q 1525 - 1600 Mhz (Inmarsat) 1610 - 1626.5 Mhz (Globalstar) 1525 – 1660.5 Mhz (Thuraya) 2160 – 2690 Mhz Downlink 3.4 – 4.2 Ghz Uplink 5.85 – 6.65 Ghz Downlink 7.25 – 7.75 Ghz Uplink 7.9 – 8.4 Ghz Downlink 10.7 – 12.75 Ghz Uplink 13.75 – 14.5 Ghz - 17.3- 18.1 Ghz Downlink 19.7 – 20.2 Ghz (civil ) / 20.2 – 21.2 Ghz (militaire) Uplink 29.5 – 30 Ghz (civil) / 30 – 31 Ghz (militaire) Downlink 20.2 – 21.2 Ghz Uplink 43.5 – 45 Ghz Nota : Le nom des bandes Satellites vient du fait que le Uplink est dans la bande ITU 2.5. Spectre de fréquences satellitaires 2. LE LIEN SATELLITE

204. 3. Technique d’allocation des fréquences pour les réseaux satellitaires

205. Accès Multiple Réglementé Aléatoire Fixe Sur demande Répété Réservé Les techniques d ’accès multiple 3. Technique d’allocation des fréquences pour les réseaux satellitaires

206. Les techniques d ’accès multiple (suite) Accès Multiple Réglementé Il existe une règle d’accès qu’il faut respecter. Le non respect de la règle implique l’interdiction d’accès à la ressource canal. Aléatoire Il n’existe aucune une règle d’accès. Il y a des collisions. Le protocole d’accès est une règle pour gérer les collisions 3. Technique d’allocation des fréquences pour les réseaux satellitaires

207. L’accès multiple réglementé Accès Multiple Réglementé Fixe La règle est toujours la même,indépendamment que la ressource soit utilisée ou non. Ex : TDMA, FDMA Sur demande La règle est toujours le même mais elle n’est pas disponible tout le temps. Il faut la solliciter si j’ai un message à transmettre. Ex : Polling ou jeton 3. Technique d’allocation des fréquences pour les réseaux satellitaires

208. L’accès multiple aléatoire Accès Multiple Aléatoire Répété En cas de collision, la requête de communication se répète. Ex : p-ALOHA, s-ALOHA Réservé En cas de collision, la requête est inscrite dans une liste de réservation Ex : réservation implicite ou explicite 3. Technique d’allocation des fréquences pour les réseaux satellitaires

240. Le CDMA (« Code Division Multiple Access ») t f Et si tous les utilisateurs communiquent au même temps sur toute la bande passante ? 3. Technique d’allocation des fréquences pour les réseaux satellitaires

241. STN-SRC 2013 - Page 69 Le CDMA – Quelques questions Qu’est ce qu’on alloue ? Comment séparer les utilisateurs entre eux ? Un code (mot de passe) Codes orthogonaux 3. Technique d’allocation des fréquences pour les réseaux satellitaires

242. STN-SC 2013 - Page 70 Le CDMA – La composante « code » t f Code 3. Technique d’allocation des fréquences pour les réseaux satellitaires

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